Identificering af kompleks vækstproces for strontiumtitanat tynde film

Forskningsgruppen, herunder AIMR og NIMS, udviklede et nyt avanceret system, kombinerer et superopløselig mikroskop og et deponeringskammer til dyrkning af tynde oxidfilm. Med dette system, de observerede med succes for første gang de voksende metaloxid-tynde film på atomniveau på overfladen af ​​single-crystal strontiumtitanat (SrTiO ₃ ). Baseret på disse observationer, de identificerede mekanismen involveret i væksten af ​​de tynde film, hvor titaniumatomer stiger til filmens overflade.

Forskningsgruppen ledet af adjunkt Takeo Ohsawa (i øjeblikket hovedforsker ved National Institute for Materials Science [NIMS]) og lektor Taro Hitosugi ved Advanced Institute for Materials Research (AIMR) fra Tohoku University udviklede et nyt avanceret system, kombinerer et superopløselig mikroskop og et deponeringskammer til dyrkning af tynde oxidfilm. Med dette system, de observerede med succes for første gang de voksende metaloxid-tynde film på atomniveau på overfladen af ​​single-crystal strontiumtitanat (SrTiO ₃ ). Baseret på disse observationer, de identificerede mekanismen involveret i væksten af ​​de tynde film, hvor titaniumatomer steg til filmens overflade.

Metaloxider, herunder oxider af perovskit-type, såsom SrTiO ₃ , er materialer, der almindeligvis bruges på grund af deres forskellige egenskaber, såsom superledning, ferromagnetisme, ferroelektricitet, og katalytisk virkning. I de seneste år, nye egenskaber genereret ved grænsefladen mellem to forskellige oxider er blevet undersøgt kraftigt. Imidlertid, lidt har været kendt om mekanismen involveret i dannelsen af ​​en sådan grænseflade. Forståelsen af ​​mekanismen er nøglen til yderligere forbedring af forskning på dette område.

Forskningsgruppen udviklede et innovativt system, der kombinerer et scanningstunnelmikroskop, der er i stand til at identificere individuelle atomer og en pulserende laseraflejringsmetode, der muliggør vækst af tynde film af høj kvalitet. Ud over, de etablerede også en metode til at forberede en single-crystal SrTiO ₃ substrat, hvorpå atomer er arrangeret i et periodisk mønster. Epitaksiale tynde film blev dyrket på overfladen af ​​substraterne, og væksten blev observeret med atomar skala rumlig opløsning. I disse observationer, de fandt ud af, at der var en stor forskel i vækstprocessen, når SrTiO ₃ og SrOx tynde film blev afsat på overfladen af ​​substraterne. Desuden, vi identificerede et fænomen, hvor overskydende titaniumatomer findes på overfladen af ​​SrTiO ₃ substrat steg til overfladen af ​​den tynde film. Disse observationer lettede den klare atomskala-forståelse af vækstprocessen med hensyn til, hvordan oxid tynde film dannes. Disse resultater kan ikke kun bidrage til forståelsen af ​​oprindelsen af ​​grænsefladeegenskaber, men også føre til oprettelse af nye elektroniske enheder gennem udvikling af nye funktionelle materialer.

Denne forskning blev udført som en del af Japan Science and Technology Agency's Strategic Basic Research Programs, og den skal offentliggøres officielt i et videnskabeligt tidsskrift, ACS Nano , i den nærmeste fremtid.